Interférence quantique

L'interférence quantique est l'un des principes les plus difficiles de la théorie quantique. Essentiellement, ce concept stipule que les particules élémentaires peuvent non seulement se trouver à plusieurs endroits à un moment donné (par superposition), mais qu'une particule individuelle, comme un photon (particules de lumière), peut croiser sa propre trajectoire et interférer avec la direction de son trajet. Le débat sur la question de savoir si la lumière est essentiellement constituée de particules ou d'ondes remonte à plus de trois cents ans. Au XVIIe siècle, Isaac Newton a proclamé que la lumière était constituée d'un flux de particules ; au début du XIXe siècle, Thomas Young a conçu l'expérience de la double fente pour prouver qu'elle était constituée d'ondes. L'expérience de Young est difficile à comprendre, mais elle a prouvé de manière cohérente l'interférence quantique après des tests répétés. Le célèbre physicien Richard Feynman a affirmé que l'essentiel de la mécanique quantique pouvait être saisi à partir d'une exploration de l'expérience des doubles fentes. La variante de Young de cette expérience consiste à faire heurter à un faisceau lumineux une barrière comportant deux fentes verticales. La lumière passe à travers les fentes et le motif qui en résulte est enregistré sur une plaque photographique. L'image sera celle que l'on attendrait si une fente était couverte. Il s'agit d'une ligne unique, la lumière étant alignée sur la fente en question. Intuitivement, on pourrait s'attendre à ce que si les deux fentes sont ouvertes, le schéma lumineux reflète ce fait : deux lignes de lumière, alignées avec les fentes. Mais en fait, ce qui se passe, c'est que la plaque photographique est entièrement séparée en de multiples lignes de clarté et d'obscurité à des degrés divers. Ce résultat montre qu'il y a interférence entre les ondes/particules qui traversent les fentes dans ce qui semble être deux chemins qui ne se croisent pas. On pourrait s'attendre à ce que, si le faisceau de photons est suffisamment ralenti pour que les photons individuels frappent la plaque, il n'y ait pas d'interférence et que le schéma lumineux soit constitué de deux lignes de lumière, alignées avec les fentes. Cependant, cette configuration indique que les particules elles-mêmes interfèrent. Cela semble impossible. Nous nous attendons à ce qu'un photon d'un photon passe par chaque fente et aboutisse quelque part. Pourtant, c'est ce qui se passe réellement. Feynman en conclut que chaque photon parcourt tous les chemins possibles pour atteindre la cible, pas seulement par une fente, mais par les deux. Afin de voir comment cela peut se produire, les expériences se sont concentrées sur le suivi des trajectoires des photons individuels. Dans ce cas, la mesure perturbe d'une manière ou d'une autre la trajectoire des photons (conformément au principe d'incertitude de la théorie quantique) et, d'une manière ou d'une autre, les résultats de l'expérience deviennent ce qui aurait été prédit par la physique classique : deux lignes brillantes sur la plaque photographique, alignées avec les fentes de la barrière. Mais si l'on cesse d'essayer de mesurer, le motif redeviendra de multiples lignes plus ou moins claires ou sombres. La recherche sur l'interférence quantique a été appliquée à un large éventail d'applications telles que les dispositifs d'interférence quantique supraconducteurs (SQUID), la cryptographie quantique et l'informatique quantique.